運動パフォーマンスに関連する脳領域間ネットワークの解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K17800
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 水口 暢章 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 訪問研究員 (80635425)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 運動制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究は運動課題のパフォーマンスレベルは脳領域間の機能的・解剖学的結合強度に依存するという仮説を検証するために、運動課題中の脳活動と脳構造 (灰白質の容量および白質微細構造) を磁気共鳴画像法で計測し、運動課題のパフォーマンスと領域間機能的結合、脳構造の関係を明らかにすることを目的としている。また、それらの運動学習に伴う変化を明らかにするために縦断的研究を行い、学習効率と機能的結合・脳構造の変化の関連を検証する予定である。初年度である2018年度11月までは海外で研究を行っていたため、その間は実験課題の検討と解析手法の習得に時間を費やした。具体的には、Statistical Parametric Mappingのtoolboxであるfunctional connectivity toolboxを用いて脳領域間の機能的結合強度を評価するために、過去のfMRI実験データに対して同ソフトウェアを用いた機能的結合強度解析を行った。そしてpreprosessingや統計検定、mapping等の方法、留意点を確認した。また、灰白質の容量を検討するために、Voxel Based Morphometry解析を行った。白質微細構造を検討するためにfixel-based analysis(FBA)とtract-based spatial statistics(TBSS)を行った。これらも同様に過去の実験データに対して解析を行い、方法や細かい留意点を確認した。FBAはTBSSよりも新しく開発された手法でTBSSの問題点を解消するために作られたものであるが、同じデータに対して両解析を行った結果FBAの有利な点を確認できた。その他の解析結果についてもおおむね仮説通りであったため、これらの方法を用いて本研究で行う実験の解析を行えると考えられた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

科研費に応募、採択された時点で初年度2018年の11月まではドイツ連邦共和国のMax Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciencesで研究を行う予定であったため、その間に新たに実験を始めることは困難であることがわかっていた。したがって、当初より2018年度は研究の準備に費やす予定であった。具体的には実験課題の検討と解析手法の習得に時間を費やしており、解析手法を習得する目的は達成することができた。以上の理由から、次年度の実験は円滑に進められると考えており、予定通り研究が進捗している。

Strategy for Future Research Activity

2019年度は当初の計画通り、運動課題のパフォーマンスレベルは脳領域間の機能的・解剖学的結合強度に依存するという仮説を検証するために運動課題中の脳活動と脳構造 (灰白質の容量および白質微細構造) を磁気共鳴画像法で計測し、運動課題のパフォーマンスと領域間機能的結合、脳構造の関係を明らかにするための実験を行う。領域間機能的結合の解析はStatistical Parametric Mapping (SPM12: https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)を、脳容量の解析はComputational Anatomy Toolbox (CAT: http://www.neuro.uni-jena.de/cat/)を、白質微細構造はFSL(https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsldownloads_registration)およびMRtrix3(http://www.mrtrix.org/)を用いて行う。

Causes of Carryover

当初の予定を前倒しして予備実験を開始するために前倒し申請を行ったが、事情により行うことができなかったため次年度使用額が生じた。翌年度分をして請求した助成金は当初の計画通りに予備実験を行うための被験者謝金や消耗品購入のための費用に当てる計画である。